Расчет напряжений и оценка прочности

Согласно «Нормам…» крыша рассчитывается на прочности и устойчивость при действие двух сил по 1 кН каждая, приложенных на площадке 0,25х0,25 м на расстоянии 0,5 м друг от друга в любой части крыши и дополнительно рассчитывается при третьем режиме (как наиболее опасном).

При расчете по третьему расчетному режиму принимается следующее сочетание нагрузок действующих на крышу:

? сила тяжести крыши;

? вертикальная динамическая сила, определяется умножением силы тяжести крыши на коэффициент вертикальной динамики, для кузова вагона.

Схема приложения нагрузок к крыше показана на рисунке 37.

Рисунок 37 - Схема приложения нагрузок при первом режиме

Рисунок 38 - Схема приложения нагрузок при третьем режиме

В результате расчета были получены напряженные состояния крыши от действия рассматриваемых сил.

Распределение эквивалентных напряжений по Мизесу показано на рисунках 39-40.

а)

б)

в)

г)

д)

е)

Рисунок 39 ? Распределение эквивалентных напряжений при первом режиме а), б), в) для металлической крыши; г), д), е) для стеклопластиковой крыши

Рисунок 40 ? Распределение эквивалентных напряжений при третьем режиме а), б) для металлической крыши; в), г) для стеклопластиковой крыши

Максимальные эквивалентные напряжения в крыши при действии двух сил по 1 кН каждая, приложенных на площадке 0,25х0,25 м на расстоянии 0,5 м не превышает допускаемые напряжения. Максимальные эквивалентные напряжения в крыши для третьего режима не превышают допускаемого напряжения. Также в каркасе крыши, выполненном из стали, так же возникают напряжения, в некоторых режимах они максимальные в конструкции, но они так же в пределах допустимого.

Для дальнейшего расчета устойчивости используются напряжения элементов крыши, рассчитываемые в автоматическом режиме в программном комплексе ANSYS версия 13.0.

Расчет устойчивости

Проверка устойчивости конструкций производится путем сравнения расчетного коэффициента запаса устойчивости n с допускаемым [n]:

, (18)

где ? критическое напряжение сжатия, при котором конструкция теряет устойчивость;

? напряжения сжатия элемента, рассчитываемые в автоматическом режиме в программном комплексе ANSYS версия 13.0.

Программный комплекс ANSYS версия 13.0 в автоматическом режиме сравнивает критические напряжения с напряжениями сжатия.

В результате расчета были получены формы потери устойчивости и соответствующие им коэффициенты запаса устойчивости. Форма потери устойчивости и соответствующий ей коэффициент запаса устойчивости при первом режиме представлены на рисунках 41-43.

Рисунок 41 ? Первая форма потери устойчивости

а) для металла п= 44,05; б) для стеклопластика п= 875,53

а)

б)

Рисунок 42 ? Вторая форма потери устойчивости

а) для металла п= 45,77; б) для стеклопластика п= 1054,91

а)

б)

Рисунок 43 ? Третья форма потери устойчивости

а) для металла п = 50,17; б) для стеклопластика п = 1558,96

Формы потери устойчивости и соответствующие им коэффициенты запаса устойчивости при третьем режиме представлены на рисунках 44-46.

Рисунок 44 ? Первая форма потери устойчивости:

а) для металла п = 150698; б) для стеклопластика п = 148353

Рисунок 45 ? Вторая форма потери устойчивости

а) для металла п= 151226; б) для стеклопластика п= 148872

Рисунок 46 ? Третья форма потери устойчивости

а) для металла п = 156060; б) для стеклопластика п = 153632

Полученные в результате расчета коэффициенты запаса устойчивости при первой и третьем режиме не менее чем допускаемое значение [n] =1,1.

Выводы сравнения результатов расчета металлической и стеклопластиковой крыши приведены таблице 10.

Таблица 10 - Сравнительная характеристика металлической и стеклопластиковой крыши

Видно, что стеклопластиковая крыша не уступает металлической, а по некоторым показателям даже превосходит (запас устойчивости у нее выше при первом режиме, при примерно равных механических свойствах - она легче).

Выигрыш в весе приводит к увеличению грузоподъемности вагона на 5 тонн. Что в свою очередь повышает экономическую эффективность вагона. Рассмотрим этот вопрос.